Transfert de charge d'intervalence de Cr³⁺

Light Publishing Center, Institut d'optique, de mécanique fine et de physique de Changchun, CAS

image : a, spectres PL de LaMgGa₁₁-xO₁₉:xCr³⁺ (x=0-2) sous excitation à 440 nm. b, intensités de luminescence de NIR-Ⅰ et NIR-Ⅱ par rapport à la concentration de Cr³⁺ ; c, spectres PLE de LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,7Cr³⁺ surveillés à 890 et 1 200 nm. Les signaux d'excitation résultent des transitions de l'ion Cr³⁺ isolé. d, Courbe de réflectance diffuse cryogénique (80 K) UV-Vis-NIR validant qu'aucune absorption de l'ion Cr⁴⁺ ne peut être retracée. e, courbes XPS de Cr₂O₃, LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,2Cr³⁺ et LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,7Cr³⁺ validant l'absence de déplacement chimique. f, courbes EPR des échantillons LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,2Cr³⁺ et LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,7Cr³⁺. Dans (f), le signal de résonance large avec g de 1,96 est attribué à la paire Cr³⁺-Cr³⁺, indiquant une forte interaction entre les ions Cr³⁺.Voir plus

Crédit : par Shengqiang Liu, Jingxuan Du, Zhen Song, Chonggeng Ma, Quanlin Liu

Le spectre proche infrarouge (NIR) contient des bandes d’absorption vibratoire caractéristiques de nombreux groupes fonctionnels organiques. Les diodes électroluminescentes converties au phosphore NIR (PC-LED) suscitent un intérêt croissant dans des domaines tels que les tests non destructifs et la vision nocturne. En 2016, Osram a annoncé la première PC-LED NIR, SFH4735, avec une faible puissance de sortie (16 mW à 350 mA) et des longueurs d'onde limitées. De plus, les agents de contraste luminescents opérant dans la deuxième fenêtre d'imagerie biologique (1 000-1 800 nm) présentent des coefficients d'absorption et de diffusion tissulaires inférieurs par rapport à la première fenêtre traditionnelle (750-950 nm), permettant ainsi une profondeur de détection améliorée et une meilleure transmission du signal d'imagerie. -rapport bruit. De manière significative, la luminescence de Cr3+ via l'ingénierie de l'environnement du champ cristallin est située dans la région NIR-Ⅰ, comme l'illustre le diagramme de Tanabe-Sugano. La présence de Cr4+ ([Ar]3d2) est capable d'étendre l'émission à la région NIR-Ⅱ, mais l'efficacité est médiocre en raison d'une mauvaise extinction thermique de la luminescence à température ambiante. En revanche, les phosphores dopés avec des ions lanthanides présentent généralement une émission de multiplets à bande étroite, ce qui rend le réglage spectral une tâche difficile. Par conséquent, il devient crucial d’étudier les méthodes permettant d’obtenir une luminescence NIR-Ⅱ à large bande grâce au dopage ionique et à la composition structurelle.

Dans un nouvel article publié dans Light Science & Application, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Quanlin Liu de l'École des sciences et de l'ingénierie des matériaux de l'Université des sciences et technologies de Pékin, en Chine, et ses collègues ont développé le tout premier NIR- Ⅱ luminescence à large bande basée sur le transfert de charge par intervalle (IVCT) de Cr3+-Cr3+ → Cr2+, Cr4+ dans LaMgGa11O19 de type magentoplumbite. Basé sur une forte incorporation d'ions Cr3+, LaMgGa11O19 présente une double émission (NIR-Ⅰ, 890 nm et NIR-Ⅱ, 1 200 nm) avec une largeur totale à mi-hauteur (FWHM) de 626 nm et une efficacité externe de luminescence de 18,9 %. Ils ont en outre observé le comportement d’extinction antithermique de la luminescence (432 % à 290 K contre 80 K) de la luminescence cible NIR-Ⅱ.

Ils ont observé la luminescence NIR-Ⅰ à faible concentration d’ions Cr3+, alors que la luminescence NIR-Ⅱ apparaît lorsque la concentration d’ions Cr3+ augmente jusqu’à 0,5. Avec une concentration élevée de dopage en ions Cr3+, les signaux d’excitation et d’absorption des ions Cr4+ ne peuvent pas être retracés. De plus, contrairement aux ions Cr4+, ​​ils ont découvert une durée de vie de décroissance de luminescence significativement plus longue (2,3 ms) associée à cette luminescence NIR-Ⅱ anormale. L'application potentielle du phosphore LaMgGa11O19:Cr3+ en tant que convertisseur électroluminescent dans l'analyse non destructive, la pénétration des tissus et la vision nocturne à longue distance est démontrée via la fabrication d'un PC-LED NIR.

Science de la lumière et applications

10.1038/s41377-023-01219-x

25-juil-2023

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